Арифметика, нейропатология и слепые зоны науки

( Август 2020, idb.kniganews )

Умные и образованные люди внимательно смотрят на внятные математические данные – и абсолютно не осознают, что они тут видят. Как такое может быть? Пока что этого не понимает никто. Но нечто содержательное на данный счёт удалось выяснить учёным-нейробиологам.

В начале 1939 года нобелевскому лауреату и просто великому физику-теоретику Полю Дираку довелось прочитать свою первую не сугубо научную, а скорее философскую лекцию – по случаю очередного его награждения ещё одной почётной премией. Выступление учёного, ориентированное на самую широкую аудиторию, было посвящено очень глубоким взаимосвязям между чистой математикой и устройством Природы. Что наиболее убедительно демонстрируют прекрасно работающие уравнения математической физики.

Дирак назвал свою лекцию «Отношение между математикой и физикой», а завершил своё выступление такими словами:

[Как свидетельствуют достижения современной науки,] имеется возможность того, что когда-нибудь удастся осуществить древнюю мечту философов – связать всю Природу со свойствами целых чисел. Но чтобы сделать это, физике необходимо пройти долгий путь, устанавливая в деталях, как это соответствие должно выглядеть…

Сегодня, 80 лет спустя после прогноза Дирака, на основании новейших данных физико-математической теории можно уверенно утверждать, что обозначенная учёным возможность для воплощения идей пифагорейцев по-прежнему имеется. Однако и ныне тем из исследователей, кто видит этот маршрут – «связать всю Природу со свойствами целых чисел» – расстояние до цели по-прежнему представляется совсем неблизким.

Особо же интересно здесь то, что именно сейчас нейронаука начинает постигать, отчего этот путь – ещё тысячи лет назад указанный древними мудрецами – оказывается для человека столь долгим и трудным.

В июле 2020 года известный журнал Science (или «Наука» по-русски) опубликовал статью под интригующим, хотя и неуклюжим заголовком: «Загадочный случай человека, способного читать буквы, но не числа, обнажает корни сознания» («The mysterious case of man who can read letters — but not numbers — exposes roots of consciousness,» by Sam Kean, July 29, 2020 ).

По прочтении как статьи, так и отчёта о большом исследовании учёных-нейрофизиологов, которому данная статья посвящена, сразу же можно сказать, что до «корней сознания» в мозге человека никто тут пока не добрался, конечно. Но вот о том, сколь сложны и загадочны взаимосвязи между тем, что человек отчётливо видит, и тем, как человек (не) распознаёт наблюдаемое – об этом наука точно узнала ныне много нового и неожиданного.

И коль скоро новые открытия нейронауки прямо и непосредственно связаны с особенностями того, как наш мозг обрабатывает числа, имеется тут и отчётливая связь с неосуществлёнными мечтами Дирака и древних философов.

#

В центре данного исследования нейробиологов – мужчина солидного возраста (ныне ему за 60), именуемый инициалами РФС и вызвавший повышенный интерес научной медицины в 2010 году, когда у человека начались проблемы «с головой». Основными признаками недуга были приступы головной боли, случаи потери памяти, тремора в конечностях и проблем с хождением.

Поначалу врачам не удавалось определить причину происходящего, поскольку основные подозрения были на инсульт. При более же глубоких исследованиях было установлено, что болезнь РФС – это кортикобазальный синдром, свидетельствующий о начале редкого нейродегенеративного заболевания, связанного гибелью клеток в определённых областях мозга.

С лечением таких заболеваний дела у медицины пока обстоят неважно, так что вместе с развитием недуга у РФС стали появляться и новые неприятные симптомы. Самые же ощутимые проблемы случились с восприятием цифр. Поначалу, к примеру, цифра 4 на циферблате часов вдруг меняла привычный вид, переворачивалась и выглядела как своё зеркальное отражение. Позднее же цифры стали вообще распадаться и расплываться в нераспознаваемые кляксы и линии, похожие на бесформенную лапшу.

Для РФС, как профессионального инженера-геолога, постоянно работающего с математическими расчетами и данными, это была подлинная катастрофа. Хуже того, из-за недуга огромные проблемы возникли далеко не только с работой, потому что РФС полностью перестал воспринимать, скажем, цену товаров в магазинах или показания скорости машины на спидометре. А в поездках, при заселении в отелях ему приходилось помечать маркером косяк двери своего номера, поскольку обычным способом отыскать нужную дверь уже не удавалось.

При этом, однако, РФС вовсе не потерял своих математических навыков, по-прежнему сохраняя способности к выполнению арифметических вычислений и других математических операций – но только в уме, не прибегая к визуальным изображениям цифр. Самое же странное, что утрата восприятия чисел произошла у РФС не полностью. Хотя все цифры от 2 до 9 превратились для него в абсолютно нераспознаваемую лапшу, цифры 0 и 1 продолжали как и прежде восприниматься совершенно нормально.

В чём причина столь принципиального различия? Этого пока не знает никто. Понятно, что «нуль» и «единица» обычно ассоциируются в нашем сознании с намного более глубокими концепциями, нежели «просто цифры». С «пустотой» и «единством» в основах всего сущего, к примеру… Но почему и как конкретно происходит в мозге отделение одних цифр от других – с этим ясности нет совершенно.

Начиная с 2011 года РФС стал сотрудничать с командой учёных-нейробиологов из американского Университета Джонса Хопкинса, сильно заинтересовавшихся необычными особенностями его редкой болезни. В процессе исследований, подготовки и проведения всевозможных тестов учёные надеялись, что разного рода опыты помогут РФС вернуть способности к распознаванию цифр.

Так, один из тестов этого ряда был выстроен на основе крупных и ярких пенопластовых цифр, типа большой зелёной восьмёрки, к примеру. Ученые надеялись, что тактильные прикосновения и ощупывания предмета в форме цифры помогут РФС увидеть именно цифру. Однако этого не произошло. РФС отчетливо воспринимал особенности кривизны и формы фигуры, в горизонтальном виде распознавал в ней сходство с маской для лица, однако при повороте на 90 градусов, в своём вертикальном виде форма предмета сразу же распадалась…

Кроме того, здесь же был выявлен и сильный эмоциональный компонент. Отчётливо чувствовать руками одну вещь, однако глазами видеть нечто совершенно иное – такое сочетание ощущений оказывало на психику РФС тревожное и тягостное воздействие. Человек понимал, что может сделать свой вклад в расширение научных знаний о мозге, и вполне сознательно хотел участвовать в тестах. Однако по ощущениям это были крайне неприятные опыты.

Тесты данного ряда также показали, что дефицит распознавания у РФС – это не одно из нарушений визуального восприятия. РФС вполне отчетливо мог видеть форму восьмерки – но лишь в случаях её определенной ориентации. Дефицит же восприятия зависел скорее от интерпретации наблюдаемого. Как только цепи схем его бессознательного мозга регистрировали «Число» – то с восприятием картинки всё сразу же шло наперекосяк.

На иллюстрации представлен результат задания по прямому копированию числа 8: слева оригинал-стимул, справа попытка сделать копию на бумаге. Для выполнения задачи РФС получил разные фломастеры на выбор. Он начал с рисования черных линий, а затем добавил оранжевый фон.

Из того факта, что РФС при этом вполне сохранил способность интерпретировать буквы, учёные вполне логично предполагают существование в мозге каких-то отдельных модулей или областей для обработки чисел. Более того, сохранение высших способностей к математическим вычислениям «в уме» свидетельствует, что аппарат распознавания и аппарат собственно обработки чисел – это суть разные вещи.

Что ещё более важно, считают исследователи, это то, как дефицит восприятия у РФС может проливать свет на механизмы возникновения сознательного распознавания. В других тестах, скажем, ему показывали большие изображаения букв и цифр, внутри которых были помещены маленькие картинки с рисунками человеческих лиц.

Когда РФС смотрел на буквы с лицами внутри, то он сообщал, что видит и то, и другое. Более того, электроэнцефалограмма (ЭЭГ) регистрировала в мозге особую характеристическую волну, именуемую N170 и сильно взаимосвязаннную со способностью людей распознавать лица.

Когда же в аналогичных опытах РФС смотрел на цифры со встроенными в них лицами, то эффект расплывающейся в пятно цифры замазывал попутно и лицо. РФС сообщал, что не видит в этих кляксах ничего, всё представлялось как бесформенная куча лапши. Но при этом графики ЭЭГ, однако, вполне отчётливо показывали характерные пики N170, свидетельствующие о том, что лица в картинках мозгом замечены.

Каким-то неясным образом мозг по-прежнему видел и выявлял на картинке лицо – а это навык распознавания весьма высокого уровня – хотя при этом активное сознание человека было в полном замешательстве от увиденного.

Выявленный у РФС дефицит восприятия показывает, что когнитивные процессы распознавания высокого уровня и работа человеческого сознания – это существенно разные вещи. Обычно эти вещи принято совмещать, однако на самом деле вы можете иметь одно, но не иметь другого.

Понятно, что чаще всего в голове есть и то, и другое, а нехватка одного из компонентов создаёт для людей большие проблемы. Реальные масштабы таких проблем, однако, пока что понимаются плохо. Особенно в области распознавания научных данных…

# #

Многим наверняка знаком известный фольклорный афоризм, согласно которому «Глупость это не отсутствие ума, это такой ум». Для того, чтобы стали понятнее не только вся глубина этого мудрого изречения, но и его непосредственная связь с нынешним открытием нейробиологов, полезно прежде рассмотреть, каким образом интеллект РФС помог ему обходить свою большую проблему с дефицитом восприятия.

Столкнувшись с полной потерей способностей к распознаванию ясных прежде цифр, РФС стал экспериментировать. И постепенно ему удалось разработать для себя совершенно другую, собственную систему цифровых обозначений. Где значок ⌊ , к примеру, стал обозначать «2», символ ⌈ – цифру «8», и так далее. Убедившись, что благодаря такому манёвру он вновь обрёл способность работать с изображениями цифр, РФС устроил специальную модернизацию своего компьютера. Дабы на экране все цифры были теперь представлены в особых, его собственных обозначениях. Поскольку на любых прочих компьютерах те же цифры выглядели как обычно, РФС смог продолжать свою профессиональную деятельность по специальности…

Осмыслив как следует то, что удалось сделать инженеру-геологу РФС со своей головой, обратимся на минутку к профессиональной области изысканий совсем других учёных. Специализирующихся на исследованиях необычной и крайне странной, если задуматься, области математической физики. Где перед учёными широко открывается весьма замысловатый, но одновременно логичный и красивый мир, разные части которого не только эффектно самосогласованы друг с другом, но и при этом всё время приоткрывают новые глубины и неожиданные грани взаимосвязей.

Самое же главное, что профессиональные физики, математически исследующие этот удивительный мир, абсолютно не могут понять, как он связан с реальностью наблюдаемой нами вселенной. Потому что между этими двумя мирами нет практически ничего такого, что могло бы их объединить и рассматривать в совокупности. Ничего – за исключением математики в головах самих исследователей-теоретиков…

Понятно, что учёные-теоретики ничуть не глупее, как минимум, геолога-инженера РФС. Большая разница заключается в том, что РФС сразу и вполне отчетливо осознал свою большую проблему с неадекватным восприятием реальности. Поэтому разработал новую, понятную для восприятия систему символов – на замену той, которую воспринимать перестал и которая очевидно перестала для него работать.

А вот математики и физики-теоретики, к сожалению, до сих пор так и не осознали, что у науки давно имеются очень большие проблемы с адекватным восприятием реальности. Поэтому до сих пор никто так и не предложил такую новую систему обозначений, которая доступно и внятно, с минимальными затратами на привыкание могла бы показать совершенно ясную вещь.

Показать то, что гигантский математический мир, многие десятилетия изучаемый теоретиками в полном отрыве от реальности, на самом деле представляет собой мир нашего сознания. Единый мир сознания человека, вселенной и всего прочего в ней существующего – как другая сторона реальности.

Казалось бы, как всё просто. Но только не для нашей науки, увы. Ибо здесь давно привыкли искать наиболее сложные и замысловатые пути познания.

Потому что глупость – это не отсутствие ума. Ну, вы поняли…

# # #

Дополнительное чтение

Об одной из недавних, особо впечатляющих попыток физиков-теоретиков описать математически мир сознания – абсолютно без распознавания того, что, собственно, тут делается: Sci-Myst : Физика Зазеркалья (раздел «Собрание безумных идей»)

Сколь сильно может отличаться то, что мы воспринимаем своими органами чувств, от того, что есть на самом деле: Магия иллюзий и Три слоя реальности

Природа самообмана в точных науках

Краткая История Нашей Глупости (книга PDF, ver 2019)

# #

Основные источники:

«The mysterious case of man who can read letters—but not numbers—exposes roots of consciousness». By Sam Kean. Science Magazine, July 29, 2020

Teresa M. Schubert et al. «Lack of awareness despite complex visual processing: Evidence from event-related potentials in a case of selective metamorphopsia». PNAS July 7, 2020 117 (27)